Силовий стабілізований пристрій електроживлення

Реферат: Силовий стабілізований пристрій електроживлення містить основний понижуючий трансформатор, основний силовий випрямляч, згладжуючий індуктивно-ємкісний фільтр та стабілізатор постійної напруги. в нього введені додаткові понижуючий трансформатор, випрямляч, ємкісний фільтр та роздільний діод, причому вихідна обмотка додаткового понижуючого трансформатора з'єднана з входом випрямляча, на виході якого ввімкнутий ємкісний фільтр, перший вихідний вивід якого через роздільний діод, а другий безпосередньо сполучені з вхідними виводами згладжуючого індуктивно-ємкісного фільтра. UA 97281 U (54) СИЛОВИЙ СТАБІЛІЗОВАНИЙ ПРИСТРІЙ ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ UA 97281 U UA 97281 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель НАЛЕЖИТЬ до галузей електротехніки та радіотехніки і може бути використана при проектуванні джерел вторинного електроживлення силових радіоелектронних пристроїв, наприклад, при проектуванні підсилювачів потужності радіолокаційних станцій та систем. При цьому такі джерела електроживлення повинні одночасно мати високу якість вихідної напруги та малу величину потужності втрат. Відомі силові стабілізовані пристрої, що застосовуються в радіоелектронній апаратурі для електроживлення різних силових пристроїв. Один з відомих силових стабілізованих пристроїв електроживлення (див. справочник ИСТОЧНИКИ ЭЛЛЕКТРОПИТАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ Под. Редакцией Г.С. Найвельта МОСКВА » РАДИО И СВЯЗЬ" 1985 г. стр. 122) складається з силового трансформатора, випрямляча, огладжуючого ємнісного фільтру та стабілізатора постійної напруги. Недоліком відомого силового стабілізованого пристрою електроживлення є велика потужність втрат силового трансформатора, оскільки при проектуванні він повинен розраховуватись на значну вихідну потужність з причин суттєвих струмів навантаження на ємнісне навантаження. Даний силовий стабілізований пристрій електроживлення обмежений в використанні та може бути застосований при струмах навантаження споживачів до (3-4) А. Другий з відомих силових стабілізованих пристроїв електроживлення (дивись СПРАВОЧНИК ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ Под. Редакцией Г.С. Найвельта, МОСКВА "РАДИО И СВЯЗЬ" 1985 г. Стр. 136.) складається з силового трансформатора, випрямляча, згладжуючого індуктивно-ємнісного фільтра та стабілізатора постійної напруги. Другий відомий силовий стабілізований пристрій електроживлення в порівнянні з першим характеризується меншою потужністю втрат силового трансформатора, оскільки суттєво зменшений його вихідний струм з причини застосування вихідного згладжуючого індуктивно-ємнісного фільтра, та меншою величиною скачка вхідного струму при ввімкненні. Недоліками другого відомого джерела електроживлення є підвищений рівень потужності втрат, що пояснюються підвищеною величиною вихідних пульсацій згладжуючого індуктивно-ємкісного фільтра та значною величиною падіння напруги на регулюючому елементі стабілізатора постійної напруги. Із відомих пристроїв електроживлення більш близьким за технічною суттю і прийнятим за прототип (див. Источники вторичного электропитания / С.С. Букреев, В.А. Головацкий, Г. Н. Гулякович и др.: Под ред. Ю.И. Конева. - М.: Радио и связь, 1983., стр. 223) є силовий стабілізований пристрій електроживлення, що містить основний понижуючий трансформатор, основний силовий випрямляч, згладжуючий індуктивно-ємкісний фільтр та стабілізатор постійної напруги. Даний пристрій живлення характеризується значно меншою величиною струму вторинної обмотки основного понижуючого трансформатора та меншою величиною його вихідної потужності за рахунок індуктивного навантаження вторинної обмотки, а також підвищеною величиною ККД, оскільки стабілізатор постійної напруги має меншу величину мінімального падіння напруги. Такий силовий стабілізований пристрій живлення може бути застосованим для живлення досить потужних споживачів стабілізованої напруги. Однак суттєвими недоліками відомого силового стабілізованого пристрою електроживлення, які обмежують його застосування, є: - недостатньо високі вихідні характеристики, що пояснюється підвищеною величиною вихідних пульсацій згладжуючого індуктивно-ємкісного фільтра і, як наслідок, підвищеною величиною вихідних пульсацій самого пристрою, - складність при проектуванні, оскільки для забезпечення малої оптимальної величини потужності втрат стабілізатора постійної напруги надто складно або навіть неможливо вибрати тип основного понижуючого трансформатора з необхідною оптимальною величиною напруги його вторинної обмотки, - підвищена потужність втрат та підвищена величиною струму споживання за рахунок невисокої величини cos(φ). В основу запропонованої корисної моделі поставлена задача створення силового стабілізованого пристрою електроживлення з суттєво підвищеними вихідними характеристики за рахунок покращення якості вихідної напруги згладжуючого індуктивно-ємкісного фільтру, з спрощеним процесом проектування за рахунок забезпечення більш якісного вибору основного понижуючого трансформатора з необхідною оптимальною величиною напруги його вторинної обмотки та зі зниженою потужністю втрат споживання за рахунок підвищення величини cos(φ) самого пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що; 1) в силовий стабілізований пристрій електроживлення, що містить основний понижуючий трансформатор, основний силовий випрямляч, згладжуючий індуктивно-ємкісний фільтр та стабілізатор постійної напруги, введені додаткові понижуючий трансформатор, випрямляч, ємкісний фільтр та роздільний діод, причому вихідна обмотка додаткового понижуючого 1 UA 97281 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 трансформатора з'єднана з входом випрямляча, на виході якого ввімкнутий ємкісний фільтр, перший вихідний вивід якого через роздільний діод, а другий безпосередньо сполучені з вихідними виводами згладжуючого індуктивно-ємкісного фільтра. 2. стабілізатор постійної напруги виконаний по схемі зі значно зниженим мінімальним падінням напруги на його силовому переході. Додаткові понижуючий трансформатор, випрямляч, ємкісний фільтр та роздільний діод заповнюють провали напруги на вході згладжуючого індуктивно-ємкісного фільтра таким чином, що знижується величина напруги пульсацій на вході та на виході стабілізатора постійної напруги силового стабілізованого пристрою електроживлення, одночасно значно спростовується підбір необхідної мінімальної величини вхідної напруги стабілізатора, знижується потужність його втрат, зменшується величина струму споживання за рахунок підвищення величини cos(φ) пристрою. Проведений аналіз науково-технічної та патентної літератури не виявив аналогічних технічних рішень. На Фіг. 1 показана електрична схема запропонованого силового стабілізованого пристрою електроживлення, на Фіг. 2 - діаграма напруги на вході згладжуючого індуктивно-ємкісного фільтра, на Фіг. 3 - діаграми напруг на виході згладжуючого індуктивно-ємкісного фільтра та на виході стабілізатора постійної напруги силового стабілізованого пристрою електроживлення. Запропонований силовий стабілізований пристрій електроживлення містить в собі виводи 1, 2 для підключення напруги мережі живлення, основний понижуючий трансформатор 3 з первинною 4 та вторинною 5 обмотками, основний силовий випрямляч 6, згладжуючий індуктивно-ємкісний фільтр, що складається з дроселя 7 і конденсатора 8, стабілізатор постійної напруги 9, вихідні виводи 10, 11 стабілізатора постійної напруги 9 для підключення споживача, а також додатковий понижуючий трансформатор 12 з первинною 13 та вторинною 14 обмотками, додатковий випрямляч 15, додатковий ємкісний фільтр 16, та додатковий роздільний діод 17. Виводи первинної обмотки 4 основного понижуючого трансформатора 3 сполучені з виводами 1, 2 для підключення напруги мережі живлення Uвх., виводи вторинної обмотка 5 основного понижуючого трансформатора 3 з'єднані з входом основного силового випрямляча 6. Вихід основного силового випрямляча 6 через згладжуючий індуктивно-ємкісний фільтр, що складається з дроселя 7 та конденсатора 8, з'єднаний з входом стабілізатора постійної напруги 9, вихідні виводи 10, 11 (Uвих.) якого призначені для підключення споживача. Виводи первинної обмотки 13 додаткового понижуючого трансформатора 12 сполучені з виводами 1, 2 для підключення напруги мережі живлення Uвх., виводи вторинної обмотки 14 додаткового понижуючого трансформатора 12 з'єднані з входом додаткового випрямляча 15, вихід якого сполучений з виводами додаткового ємкісного фільтра 16. Один з виводів додаткового ємкісного фільтра 16 через роздільний діод 17, ввімкнутий в провідному напрямку, а другий безпосередньо сполучені з виходом основного силового випрямляча 6. Запропонований силовий стабілізований пристрій електроживлення працює наступним чином. Напруга мережі живлення за допомогою основного понижуючого трансформатора 3 та додаткового понижуючого трансформатора 12 зменшується до необхідної величини, випрямляється основним силовим випрямлячем 6 та додатковим випрямлячем 15, згладжується за допомогою згладжуючого індуктивно-ємкісного фільтра, що складається з дроселя 7 та конденсатора 8, а також додаткового ємкісного фільтра 16. Сформована таким чином напруга надходить на вхід стабілізатора постійної напруги 9. При цьому на виході стабілізатора постійної напруги 9 (виводи 10, 11 пристрою) отримується стабільна вихідна напруга Uвих., яка забезпечує відповідне живлення споживача. У разі застосування тільки основного понижуючого трансформатора 3, основного силового випрямляча 6, згладжуючого індуктивно-ємкісного фільтра (дросель 7, конденсатор 8) та стабілізатора постійної напруги 9, напруга на вході згладжуючого індуктивно-ємкісного фільтра має форму однофазної випрямленої напруги з відповідною величиною амплітуди та провалами напруги до нульового значення (Uвх7, Фіг. 2). При цьому напруга на виході згладжуючого індуктивно-ємкісного фільтра та на вході стабілізатора постійної напруги 9 має форму 1 пульсуючої напруги з досить значною величиною змінної складової (U8 , Фіг. 3), і, як наслідок, напруга на виході стабілізатора постійної напруги 9 має підвищену величину вихідних пульсацій 1 (Uвих. , Фіг. 3) та низьку стабільність з причини надто малої різниці його вхідної та вихідної 1 1 напруги [(U8 -Uвих. ), Фіг. 3]. В запропонованому силовому стабілізованому пристрої електроживлення при використанні додаткового понижуючого трансформатора 12, додаткового випрямляча 15 та додаткового ємкісного фільтра 16 з роздільним діодом 17 напруга ємкісного фільтра 16 через роздільний 2 UA 97281 U 5 10 15 20 25 30 діод 17 надходить на вхід згладжуючого індуктивно-ємкісного фільтра, який ввімкнений в вхідному силовому ланцюгу стабілізатора постійної напруги 9 послідовно з вторинною обмоткою 5 основного понижуючого трансформатора 3 та основним силовим випрямлячем 6, і в періоди розряду частково в необхідній ступені заповнює провали напруги (U16, Фіг. 2). В результаті суттєво зменшується величина напруги пульсацій на конденсаторі 8 (U8, Фіг. 3) та, відповідно, на виході стабілізатора постійної напруги 9 (Uвих., Фіг. 3), а також суттєво підвищується стабільність вихідної напруги при коливаннях напруги мережі живлення Uвx., оскільки збільшується різниці його вхідної та вихідної напруги [(U8 – Uвих.), Фіг. 3]. Одночасно введення додаткового ємкісного фільтру 16 підвищує cos(φ) силового стабілізованого пристрою електроживлення, так як дещо компенсується індуктивність його навантаження, що забезпечує також зниження величини струму споживання та зменшення потужності його втрат. Таким чином запропонований силовий стабілізований пристрій електроживлення в порівнянні з прототипом має суттєво підвищені вихідні характеристики (підвищену стабільність вихідної напруги та меншу величину напруги вихідних пульсацій) за рахунок покращення якості вихідної напруги згладжуючого індуктивно-ємкісного фільтра, спрощений процес проектування за рахунок забезпечення більш якісного вибору основного понижуючого трансформатора з необхідною оптимальною величиною його вторинної обмотки (простота розрахунку та вибору додаткового понижуючого трансформатора з додатковим випрямлячем і додатковим ємкісним фільтром), менший струм споживання та меншу потужність споживання за рахунок підвищення величини cos(φ), а також меншу потужність втрат. Виконання стабілізатора постійної напруги по схемі зі значно зниженим мінімальним падінням напруги на його силовому переході забезпечує додаткове зниження потужності втрат. Комп'ютерне моделювання підтвердило можливість отримання високих вихідних характеристик силового стабілізованого пристрою електроживлення, а проведені експериментальні дослідження підтвердили його роботоздатність та позитивні якості. В порівнянні з прототипом запропонований силовий стабілізований пристрій електроживлення характеризується на 30 % спрощеним процесом проектування, в 50 раз вищою стабільністю вихідної напруги, в 100 раз меншим рівнем величини напруги вихідних пульсацій, на 5 % меншим струмом споживання та на 10 % меншою потужністю втрат. Схема запропонованого силового стабілізованого пристрою електроживлення може бути використана при проектуванні джерел вторинного електроживлення силових радіоелектронних пристроїв. Згідно зі схемою запропонованого силового стабілізованого пристрою електроживлення спроектований модуль ИВЭП.07 для живлення підсилювачів потужності радіолокаційних станцій та систем. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 1. Силовий стабілізований пристрій електроживлення, що містить основний понижуючий трансформатор, основний силовий випрямляч, згладжуючий індуктивно-ємкісний фільтр та стабілізатор постійної напруги, який відрізняється тим, що в нього введені додаткові понижуючий трансформатор, випрямляч, ємкісний фільтр та роздільний діод, причому вихідна обмотка додаткового понижуючого трансформатора з'єднана з входом випрямляча, на виході якого ввімкнутий ємкісний фільтр, перший вихідний вивід якого через роздільний діод, а другий безпосередньо сполучені з вхідними виводами згладжуючого індуктивно-ємкісного фільтра. 2. Силовий стабілізований пристрій електроживлення за пунктом 1, який відрізняється тим, що стабілізатор постійної напруги виконаний по схемі зі значно зниженим мінімальним падінням напруги на його силовому переході. 3 UA 97281 U 4 UA 97281 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5